DE2210945C3 - Exposure meter - Google Patents

Exposure meter

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    • G—PHYSICS
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    • G01J1/44—Electric circuits

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Belichtungsmeßgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a light meter according to the preamble of claim 1.

Ein solches Gerät ist aus der US-PS 28 97 720 bekannt.Such a device is known from US Pat. No. 2,897,720.

Mit einem solchen Gerät ist es möglich, die für die herrschenden Lichtverhältnisse erforderliche Belichtungszeit zu messen und anzuzeigen oder die erforderliche Belichtungszeit bzw. die erforderliche Blendeneinstellung direkt automatisch einzustellen. Das die Lichtverhältnisse erfassende Photoelement kann dabei in einem Strahlengang angeordnet werden, welcher vom Hauptstrahlengang der Kamera völlig getrennt ist.With such a device it is possible to set the exposure time required for the prevailing lighting conditions to measure and display or the required exposure time or the required aperture setting set automatically. The photo element that detects the light conditions can be arranged in a beam path which is completely separated from the main beam path of the camera.

Für die Auslegung eines derartigen Gerätes ist wesentlich, daß einerseits die für das Photoelement zur Verfügung stehenden Beleuchtungsstärken sehr klein sind (beispielsweise etwa 102Lux) und daß andererseits Temperatureinflüsse keine unzulässigen Meßfehler ergeben dürfen.For the design of such a device it is essential that on the one hand the illuminance levels available for the photo element are very small (for example about 10 2 lux) and on the other hand that temperature influences must not result in any impermissible measurement errors.

Würde das Photoelement als eine Photodiode verwendet, so liegen die Nutzsignalströme bei den in Betracht kommenden Beleuchtungsstärken in der Größenordnung von pA. Andererseits liegt aber der Dunkelstrom beispielsweise bei einer Temperatur von 600C und einer Sperrspannung von 1 V schon in der Größenordnung von nA. Aus diesem Grunde ist eine direkte Auswertung des Diodenstroms bei Sperrspannungsbetrieb ausgeschlossen. Auch mit Schaltungsan-Ordnungen zur Kompensation des Dunkelstroms ist bei derartig großen Stromverhältnissen das Problem nicht lösbar.If the photo element were used as a photodiode, the useful signal currents at the illuminance levels in question are in the order of magnitude of pA. On the other hand, however, the dark current is already in the order of magnitude of nA at a temperature of 60 ° C. and a reverse voltage of 1 V, for example. For this reason, a direct evaluation of the diode current in reverse voltage operation is excluded. Even with circuit arrangements to compensate for the dark current, the problem cannot be solved with such large current ratios.

Wird ein Photoeiement verwendet, so ist zu beachten, daß schon bei sehr kleinen Spannungen in FlußrichtungIf a photo element is used, it should be noted that that even with very small voltages in the direction of flow

'5 (unabhängig davon, ob diese Spannungen durch die äußere Beschallung zustande kommen oder vom Element selbst erzeugt werden) nennenswerte Flußströme fließen. Dieser Flußstrom substrahiert sich von dem durch die Photonen ausgelösten Photostrom und verfälscht daher die Messung. Dabei kann beispielsweise bei einer Flußspannung in der Größenordnung von mV der Flußstrom in der Größenordnung von nA liegen. In Richtung kleinerer Spannungen können diese Werte linear extrapoliert werden. Daher dürfen die Spannungen am Photoelement für einen vorgegebenen zulässigen Meßfehler bestimmte Werte nicht überschreiten. Bei 600C und einer Beleuchtungsstärke von 102Lux liegen die maximal zulässigen Photospannungen bei 10 μν. Die Drift der heute verfügbaren Operationsverstäi ker liegt im interessierenden Temperaturbereich (-30...+600C) bei 500 μν. Die auf den Eingang bezogene Drift von Feldeffekttransistoren ist noch größer. Das Signal von 10 μν ist also mit solchen Verstärkern nicht mehr nachweisbar.5 (regardless of whether these tensions are caused by the external sound or are generated by the element itself) significant flux currents flow. This flow current is subtracted from the photocurrent triggered by the photons and therefore falsifies the measurement. In this case, for example, with a forward voltage in the order of magnitude of mV, the flow current can be in the order of magnitude of nA. These values can be extrapolated linearly in the direction of lower voltages. Therefore, the voltages on the photo element must not exceed certain values for a given permissible measurement error. At 60 0 C and an illuminance of 10 lux, the 2 maximum allowable photovoltages at 10 are μν. The drift of the operational amplifiers available today is in the temperature range of interest (-30 ... + 60 0 C) at 500 μν. The drift of field effect transistors related to the input is even greater. The signal of 10 μν can no longer be detected with such amplifiers.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Photoelement arbeitendes Belichtungsmeßgerät anzugeben, bei dem Lichtmessungen auch schon bei kleinen Beleuchtungsstärken möglich sind.The present invention is based on the object of a working with a photo element Specify exposure meter in which light measurements even at low illuminance levels possible are.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of claim 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtFurther developments of the invention are the subject of subclaims.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Belichtungsmeßgerätes undF i g. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the exposure meter and

F i g. 2 eine Variante eines Teiles des Gerätes nach Fig.l.F i g. 2 a variant of part of the device according to Fig.l.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist ein Zweig aus einem Photoelement 1 und einem Schalter 2 beidseitig an Erde geschaltet. Der Schalter 2 wird dabei kurz vor oder im Beginn der Messung geschlossen. Der Verbindungspunkt der Fotodiode 1 und des Schalters 2 liegt an der Steuerelektrode eines Feldeffekt-Transistors 4 sowie an einer eine Last darstellende Kapazität 3. Im Ausgangskreis des Feldeffekt-Transistors 4 liegt ein Kreis aus einem Transistor 5, einem Widerstand 6, einer Diode 7 und einem Widerstand 8, welcher die LastIn the circuit arrangement according to FIG. 1 is a branch consisting of a photo element 1 and a switch 2 connected to earth on both sides. The switch 2 is closed shortly before or at the beginning of the measurement. Of the The connection point of the photodiode 1 and the switch 2 is on the control electrode of a field effect transistor 4 as well as a capacitance 3 representing a load. In the output circuit of the field effect transistor 4 lies a circuit of a transistor 5, a resistor 6, a diode 7 and a resistor 8, which the load

bo für den Feldeffekt-Transistor darstellt. Dieser aus den genannten Elementen gebildete Lastkreis für den Feldeffekt-Transistor 4 bildet eine Stromquelle, durch die sichergestellt wird, daß trotz des geringen Spannungsabfalls ein ausreichend großer Arbeitswider-represents bo for the field effect transistor. This from the named elements formed load circuit for the field effect transistor 4 forms a current source through which ensures that, despite the low voltage drop, a sufficiently large work resistance

hi stand für den Feldeffekt-Transistor realisiert ist.hi stood for the field effect transistor is realized.

Der Feldeffekt-Transistor 4 arbeitet auf einen Emitterfolger 9 mit einem Widerstand 10 in seinem Emitterzweig. Diesem Emitterfolger ist ein generell mitThe field effect transistor 4 operates on an emitter follower 9 with a resistor 10 in its Emitter branch. This emitter follower is generally associated with

40 bezeichneter Verstärker mit Hochpaß-Charakteristik nachgeschaltet40 designated amplifier with high-pass characteristic downstream

DieserVerstärker 40 enthält als verstärkende Stufe einen Operationsverstärker 11 mit einem invertierenden Eingang 12, einem nichtinvertierendea Eingang 13, Spannungsversorgungseingängen 14 und 15 sowie einem Ausgang 16. Dieser Operationsverstärker 11 ist mit seinem invertierendem Eingang 12 über eine Kapazität 18 an den Emitterfolger 9 angekoppelt Vom Ausgang 16 dieses Operationsverstärkers 11 ist ein Gegenkopplungswiderstand 17 auf den invertierenden Eingang 12 geführt dem ein Schalter 19 parallel Hegt Weiterhin liegt zwischen dem Ausgang 16 und dem über einen Widerstand 21 an Masse liegenden nichtinvertierenden Eingang 13 des Operationsverstärkers 11 eine Diode 20. Ein Widerstand 23 stellt die Last für den Operationsverstärker dar.This amplifier 40 includes, as an amplifying stage, an operational amplifier 11 with an inverting one Input 12, a non-inverting input 13, power supply inputs 14 and 15 as well an output 16. This operational amplifier 11 is with its inverting input 12 coupled via a capacitance 18 to the emitter follower 9 Vom Output 16 of this operational amplifier 11 is a negative feedback resistor 17 on the inverting one Input 12 led to a switch 19 in parallel Hegt Furthermore, is between the output 16 and the above a resistor 21 connected to ground non-inverting input 13 of the operational amplifier 11 a Diode 20. A resistor 23 represents the load for the operational amplifier.

Der Verstärker 40 arbeitet auf eine Transistorstufe 24 mit einem Widerstand 25 im Kollektorkreis und einem Widerstand 26 im Emitterkreis. Der Ausgang dieser Transistorstufe 24 bildet einen Ausgang 27 der Gesamtschaltung, an den auch der Fußpunkt der die Last bildenden Kapazität 3 angekoppelt ist.The amplifier 40 operates on a transistor stage 24 with a resistor 25 in the collector circuit and a Resistor 26 in the emitter circuit. The output of this transistor stage 24 forms an output 27 of the Overall circuit to which the base point of the capacitance 3 forming the load is coupled.

Die Stromversorgung der Schaltungsanordnung erfolgt aus einer Batterie 31 über einen Schalter 30, wobei Widerstände 28 und 29, welche mit ihrem Verbindungspunkt an Masse liegen, für eine Symmetrierung der Betriebsspannung sorgen.The circuit arrangement is supplied with power from a battery 31 via a switch 30, with Resistors 28 and 29, which are connected to ground with their connection point, for balancing the Provide operating voltage.

Die Wirkungsweise des Gerätes ist die folgende: Wird der Auslöser gedrückt, so schließt der Schalter 30. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schalter 19 und der Schalter 2 noch geschlossen. Einige Millisekunden spater, nachdem die Kondensatoren 3 und 18 auf ihren stationären Wert aufgeladen sind, öffnen die Schalter 2 und 19. Dann lädt der vom Photoelement 1 gelieferte Strom die Kapazität 3 auf. Gleichzeitig wird die am Verbindungspunkt des Photoelementes 1 und des Schalters 2 stehende Spannung durch den Feldeffekt-Transistor 4 verstärkt und über den Emitterfolger 9 auf die Kapazität 18 am invertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers 11 gegeben. Diese Kapazität 18 bildet zusammen mit dem Gegenkopplungswiderstand 17 des Operationsverstärkers 11 einen Hochpaß, dessen Grenzfrequenz umgekehrt proportional zur längsten vorgesehenen Belichtungszeit ist. Der eine Impedanz-Anpassungsstufe darstellende Emitterfolger 9 sorgt dafür, daß die Kapazität 18 nach Einschalten der Betriebsspannung über den Schalter 30 in sehr kurzer Zeit aufgeladen wird.
Am Fußpunkt der Kapazität 3 liegt die amThe mode of operation of the device is as follows: If the trigger is pressed, switch 30 closes. At this point in time, switch 19 and switch 2 are still closed. A few milliseconds later after the capacitors 3 and 18 are charged to their stationary value, the switches 2 and 19 open. Then the current supplied by the photo element 1 charges the capacitance 3. At the same time, the voltage at the junction of the photo element 1 and the switch 2 is amplified by the field effect transistor 4 and passed through the emitter follower 9 to the capacitance 18 at the inverting input 12 of the operational amplifier 11. This capacitance 18, together with the negative feedback resistor 17 of the operational amplifier 11, forms a high-pass filter, the cutoff frequency of which is inversely proportional to the longest exposure time provided. The emitter follower 9, which represents an impedance matching stage, ensures that the capacitance 18 is charged in a very short time after the operating voltage is switched on via the switch 30.
At the base of capacity 3 is the am

Widerstand 25 stehende Ausgangsspannung der Transistorstufe 2. Aus diesem Grunde ergibt sich für diese Kapazität ein scheinbarer Kapazitätswert, der um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers größer ist
Wenn das Signal am Ausgang 16 des Operationsver-Resistor 25 standing output voltage of transistor stage 2. For this reason, an apparent capacitance value results for this capacitance, which is greater by the gain of the amplifier
If the signal at output 16 of the operation control

stärkers 11 den Schwellwert der Diode 20 überschreitet, — das ist der Fall, wenn ein vorgegebener Photostrom in den Verstärker hineingeflossen ist — so wird diese Diode leitend; in diesem Falle tritt dann eine Mitkopplung auf den nichtinvertierenden Eingang 13amplifier 11 exceeds the threshold value of diode 20, - this is the case when a given photocurrent has flowed into the amplifier - this is how it will be Conductive diode; in this case positive feedback occurs on the non-inverting input 13

des Operationsverstärkers 11 auf, so daß seine Ausgangsspannung auf den maximalen positiven Wert springtof the operational amplifier 11 so that its Output voltage jumps to the maximum positive value

Bei einer anderen Ausführungsform des Belichtungsmessers wird beim öffnen des Schalters 2 ein nicht dargestellter, am Ausgang 16 liegender Generator, der periodische Schwingungen liefert, mit einem ebenfalls nicht dargestellten Impulszähler verbunden. Beim Überschreiten des obengenannten Schwellwertes wird die Verbindung wieder gelöst. Die Anzahl der gezählten Impulse ist ein Maß für die Beleuchtungsstärke.In another embodiment of the exposure meter, when the switch 2 is opened, a is not The generator shown at the output 16, which supplies periodic oscillations, also has one not shown pulse counter connected. When the above threshold is exceeded the connection is released again. The number of counted pulses is a measure of the illuminance.

Der Transistor 24 stellt die richtige Phasenlage für die Gegenkopplungsspannung her. 1st beispielsweise an den Ausgang 27 ein Hubmagnet zur Betätigung der Blende einer Kamera angekoppelt, so wird dieser Hubmagnet betätigt, wenn der Operationsverstärker 11 bei Erreichen des Schwellwertes der Diode 20 kippt.The transistor 24 provides the correct phase position for the Negative feedback voltage. If, for example, there is a solenoid at output 27 to operate the diaphragm Coupled to a camera, this solenoid is actuated when the operational amplifier 11 is reached of the threshold value of the diode 20 flips.

Anstelle der Lastkapazität kann auch ein Widerstand vorgesehen werden. In diesem Falle wird dann die integrierende Wirkung der Kapazität durch denInstead of the load capacitance, a resistor can also be provided. In this case the integrating effect of capacity through the

Operationsverstärker übernommen. Zu diesem Zweck kann z. B. parallel zum Widerstand 17 ein Kondensator geschaltet werden.Operational amplifier taken over. For this purpose z. B. parallel to the resistor 17, a capacitor be switched.

Es ist weiterhin nicht unbedingt erforderlich, daß Photoelement 1 im Kurzschluß zu betreiben. GemäßFurthermore, it is not absolutely necessary to operate the photo element 1 in a short circuit. According to

«ο F i g. 2 kann vielmehr auch in Reihe zum Photoelement 1 ein Widerstand 223 vorgesehen werden, wobei dann ein Schalter 222 zwischen einem auf den Feldeffekt-Transistor 4 führenden Abgriff 224 und dem Photoelement 1 liegt.«Ο F i g. Rather, 2 can also be in series with the photo element 1 a resistor 223 can be provided, in which case a switch 222 between one on the field effect transistor 4 leading tap 224 and the photo element 1 is located.

Der Verstärker und der Schwellwertdetektor können auch getrennte Funktionseinheiten sein.The amplifier and the threshold value detector can also be separate functional units.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (8)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Belichtungsmeßgerät mit einem dem zu messenden Licht ausgesetzten Photoelement und einem nachgeschalteten Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (40) einer Last (3) parallelgeschaltet ist und Hochpaßcharakteristik besitzt und daß ein Schalter (2; 222) vorgesehen ist, mittels dessen der vom Photoelement (1) erzeugte Photostrom der Last (3) zuführbar ist1. Exposure meter with a photo element exposed to the light to be measured and a downstream amplifier, characterized in that the amplifier (40) is a Load (3) is connected in parallel and has high-pass characteristics and that a switch (2; 222) is provided, by means of which the photocurrent generated by the photo element (1) can be fed to the load (3) is 2. Belichtungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (2) parallel zum Photoelement (1) gelegt ist2. Exposure meter according to claim 1, characterized in that the switch (2) parallel to the Photo element (1) is placed 3. Belichtungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (222) mit dem Photoelement (1) und der Last (3) in Serie geschähet ist.3. Exposure meter according to claim 1, characterized in that the switch (222) with the Photo element (1) and the load (3) in series is. 4. Belichtungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (3) durch eine Kapazität gebildet ist.4. Exposure meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the load (3) is formed by a capacitance. 5. Belichtungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (3) durch einen Widerstand gebildet ist.5. Exposure meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the load (3) is formed by a resistor. 6. Belichtungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (40) durch einen Operationsverstärker6. Exposure meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Amplifier (40) by an operational amplifier (11) gebildet wird, dessen invertierender Eingang(11) is formed, its inverting input (12) vom Photoelement (1) über eine weitere Kapazität (18) angesteuert wird, daß der Operationsverstärker eine von seinem Ausgang (16) auf seinen invertierenden Eingang (12) führende Gegenkopplung (17) aufweist, und daß zwischen den Ausgang (16) und den nicht invertierenden Eingang(12) is controlled by the photo element (1) via a further capacitance (18) that the operational amplifier a negative feedback leading from its output (16) to its inverting input (12) (17), and that between the output (16) and the non-inverting input (13) des Operationsverstärkers ein Schwellwert-Glied (20) geschal tet ist.(13) of the operational amplifier, a threshold value element (20) is switched switched. 7. Belichtungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (40) an das Photoeiement (1) über eine einen Feldeffekt-Transistor (4) enthaltende Verstärkerstufe und eine Impedanz-Anpassungsstufe (9, 10) angekoppelt ist.7. Exposure meter according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Amplifier (40) to the photo element (1) via an amplifier stage containing a field effect transistor (4) and an impedance matching stage (9, 10) is coupled. 8. Belichtungsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Lastkreis der einen Feldeffekt-Transistor (4) enthaltenden Verstärkerstufe eine Stromquelle (5,6,7,8) liegt.8. Exposure meter according to claim 7, characterized in that the one field effect transistor in the load circuit (4) containing amplifier stage is a current source (5,6,7,8).
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